經(jīng)濟(jì)林類(lèi)園林樹(shù)木形態(tài)特征提取與虛擬模擬研究-以核桃樹(shù)為例.pdf

1、本文基于園林規(guī)劃設(shè)計(jì)依賴(lài)計(jì)算機(jī)圖形圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示，結(jié)合測(cè)樹(shù)學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多基線(xiàn)數(shù)字近景攝影測(cè)量等學(xué)科，以生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)林類(lèi)園林樹(shù)種-核桃為研究對(duì)象，對(duì)核桃樹(shù)的冠幅、枝下高、株高等重要形態(tài)結(jié)構(gòu)因子進(jìn)行探討。此外，對(duì)核桃形態(tài)參數(shù)的提取進(jìn)行攝影測(cè)量方法研究。經(jīng)濟(jì)林木是園林綠化中不可缺少的樹(shù)種。本研究通過(guò)充分認(rèn)識(shí)經(jīng)濟(jì)林園林樹(shù)種的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)特性，可以更好的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種在園林中的應(yīng)用，為園林規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了可靠數(shù)

2、據(jù)和資料。另外，對(duì)經(jīng)濟(jì)林類(lèi)的園林樹(shù)種進(jìn)行可視化模擬理論和方法研究，有助于園林規(guī)劃設(shè)計(jì)者對(duì)植物生長(zhǎng)和形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的把握。
　　 核桃喜光，喜溫暖涼爽氣候，不耐鹽堿，栽培歷史悠久，優(yōu)良品種甚多，營(yíng)養(yǎng)豐富，用途廣泛，國(guó)內(nèi)外常用作行道樹(shù)或觀賞樹(shù)種。本研究在河南省濟(jì)源大溝河林場(chǎng)克井試驗(yàn)基地組織試驗(yàn)，選取核桃-大豆的農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)樣地中3顆生長(zhǎng)良好的綠波2號(hào)核桃，分別在2008年4月2日、5月13日、6月25日和8月8日進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)核桃進(jìn)

3、行攝影測(cè)量。
　　 目前虛擬植物生長(zhǎng)主要采用的方法包括：分形方法、隨機(jī)過(guò)程和L系統(tǒng)。L系統(tǒng)是由美國(guó)生物學(xué)家Lindenmayer于1968年提出，他主要是用于研究細(xì)胞的交互作用。隨著L系統(tǒng)被引入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和系統(tǒng)的不斷完善，它已經(jīng)成為植物生長(zhǎng)建模的主要方法之一。L系統(tǒng)是一種字符重寫(xiě)系統(tǒng)或形式化語(yǔ)言方法，它通過(guò)構(gòu)造公理，運(yùn)用連續(xù)、并行地運(yùn)用規(guī)則改寫(xiě)公理中的字符串，從而得到一系列字符。最后根據(jù)字符的特定幾何含義可以繪制出特定的圖形。

4、運(yùn)用具有不同語(yǔ)言、文法和幾何解釋的L系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上能夠模擬生成各種具有復(fù)雜形態(tài)的植物。L系統(tǒng)為植物生長(zhǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以至幾何形態(tài)建模提供了一個(gè)很好的理論體系，顯示了計(jì)算機(jī)模擬植物方面的能力，為在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬植物的生長(zhǎng)提供了理論依據(jù)。本文的主要工作包括：
　　 （1）采用單目CCD數(shù)碼相機(jī)（Canon5D）作為輸入設(shè)備，由于數(shù)碼相機(jī)鏡頭本身的視場(chǎng)角的局限性，數(shù)碼相機(jī)可以分段攝取立木影像，然后進(jìn)行工程拼接，采用水平的攝影方式，經(jīng)過(guò)多

5、基線(xiàn)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的處理工作，從而獲得單株立木完整的三維空間點(diǎn)云和三維立體模型。
　　 以數(shù)碼相機(jī)拍攝立木圖片的形式，記錄了單株立木測(cè)量試驗(yàn)的全過(guò)程，試驗(yàn)結(jié)束以后，仍然可對(duì)單株立木的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行重新分析和樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程的研究。
　　 （2）為了驗(yàn)證多基線(xiàn)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)能精確測(cè)量樹(shù)木的形態(tài)結(jié)構(gòu)，在河南濟(jì)源大溝河林場(chǎng)組織實(shí)驗(yàn)，把全站儀直接測(cè)量數(shù)據(jù)與多基線(xiàn)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)比較研究發(fā)現(xiàn)，坐標(biāo)X值的相關(guān)指數(shù)R2為0.99

6、93，坐標(biāo)Y值的相關(guān)指數(shù)R2為0.9989，坐標(biāo)Z值的相關(guān)指數(shù)R2為1，置信度為95％，說(shuō)明多基線(xiàn)數(shù)字近景攝影測(cè)量值與全站儀測(cè)量值緊密相關(guān)，可以滿(mǎn)足林業(yè)上的測(cè)樹(shù)要求。兩組數(shù)據(jù)緊密相關(guān)，所以，多基線(xiàn)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)可以做到精確連續(xù)的測(cè)量樹(shù)木的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
　　 （3）利用所生成的核桃樣本立體模型，精確測(cè)定表現(xiàn)其三維形態(tài)結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)坐標(biāo)，并對(duì)其測(cè)量精度進(jìn)行了分析。X方向平均誤差0.0134，Y方向平均誤差0.0086，Z方向平均誤差0